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废钛基SCR脱硝催化剂回收处理研究现状及发展趋势

北极星大气网  来源:化学工程与技术  作者:陈书锐 马兰等  2020/3/23 14:46:43  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要:催化剂作为选择性催化还原(ive catalytic reduction, SCR)烟气脱硝系统的重要核心部分,催化剂的消耗对于脱硝系统的运行成本有着重大影响。为此,主要介绍了回收废弃脱硝催化剂的回收方法,包括固化处理法和化学处理法。其中着重介绍了化学处理中酸浸法、碱浸法以及焙烧法,分析总结了3种工艺各自的特点。并对未来关于废催化剂的处理实现工业化提出了相应的意见。

1.引言

氮氧化物(NOx)是大气环境的主要污染物之一,我国70%氮氧化物的排放都来自燃煤火力发电。选择性催化还原脱硝技术,因其脱硝效率高(可达90%以上)、技术成熟,广泛应用于我国燃煤电厂烟气脱硝过程中,又以蜂窝式TiO2-V2O5-WO3/MoO3为主,其中以锐钛型TiO2为载体,V2O5为活性组分,WO3或MoO3为活性和结构助剂[2]。烟气脱硝系统经过长时间的运行,复杂的烟气成分对SCR催化剂表面及活性物质产生负面的影响,导致催化剂效率下降甚至失活。催化剂失活主要分为可逆失活和不可逆失活两个方面,如堵塞失活可以通过水洗再生工艺、酸洗再生工艺、碱洗再生工艺、热再生工艺处理等恢复到原来活性的90%~100% [3]。如烧结、中毒、磨损等不可逆性失活无法再生,无法再生的催化剂将会废弃。由于废SCR脱硝催化剂中含有大量有价金属氧化物,若直接堆放将会造成环境污染,同时也会造成资源的浪费[4]。另一方面从资源综合利用角度考虑,废SCR催化剂作为可再利用价值极高的二次资源,回收废SCR催化剂对节约资源具有重要意义。

2. 废脱硝催化剂的处理

预计到2020年将会有21,885.15 t的废催化剂。因此,面对庞大的废催化剂如何解决和利用已经迫在眉睫。废SCR脱硝催化剂成分复杂,属于多种金属氧化物混合的固体材料,其中含有大量钛和一定量的钨、硅、铝元素以及少量的钒元素。钒是造成土壤、大气及水体污染的有毒有害物质,钛作为新能源重要材料而钨又是重要军事原料,必须进行回收。目前针对废弃SCR脱硝催化剂的无害化研究主要有两种回收方法,即固化处理和化学处理从两方面。

2.1. 固化处理回收法

固化处理是指利用物化法将有害的固体废物与能聚结成固体惰性基材混合,从而使固体废物被固定或包容在惰性固体基材中,以便后续加工利用。固化处理的工艺流程如图1所示[10]。其中对SCR催化剂预处理包括除尘、破碎、研磨、清洗。然后添加固化剂固化,针对固化剂的种类不同固化又可分为水泥固化法、铁矿粉固化、热固性材料固化等。陈颖通[11]将废催化剂磨成细粉与水泥、沙子和水混合并充分搅拌成混凝土,然后制作成浇注混凝土的模具。周昊等[12]对废弃SCR烟气脱硝催化剂进行破碎、研磨成粉末,催化剂粉末与铁矿粉、熔剂、燃料、返矿和水混合,制粒得到烧结混合料用于高炉冶炼。固化处理虽然能处理废催化剂但仍存在很多不足,不能完全无害化,某些贵重元素没有进行有效回收及利用,造成二次污染和资源的浪费。

2.2. 化学处理回收法

化学处理回收是基于SCR催化剂中组成物质的化学性质的差别,利用化学反应改变组成,使组分达到分离富集的目的,从而回收有用组分。工艺流程如图2所示[10]。其中化学处理过程包括以下几个步骤:1) 原料制备:除去废SCR催化剂表面灰尘、破碎、研磨、筛分处理;2) SCR催化剂钠盐焙烧:在一定温度和气氛条件下往废SCR催化剂中加入钠盐(碳酸钠、硫酸钠等)进行焙烧,使废SCR催化剂中的钨、钒、钛更易浸出;3) 浸出:根据所用溶剂的不同分为酸性浸出法和碱性浸出法,根据压力高低分为高压浸出法和低压浸出法,根据通入溶液中氧化还原性质分为氧化浸出和还原浸出等。4) 固液分离:一般采用真空过滤法将废SCR催化剂浸出液固液分离。5)净化和精制:从稀溶液中提取、分离、富集目标组分。目前,对废SCR催化剂回收常用离子交换法、有机溶剂萃取法和化学沉淀法[13]。

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